绿色微生物才是火星殖民的关键

很久以前，一个叫做蓝细菌的顽强的微生物家族帮助把没有生命的地球变成了一个活跃的生物圈。今天，同样的生物也可能是殖民火星的关键。

在这颗红色星球的敌对表面上，植物会生存得非常艰难，但是蓝藻已经在极端环境中生存了数亿年。美国国家航空航天局艾姆斯研究所的天体生物学家塞浦路斯·维瑟克斯(塞浦路斯·维瑟克斯)领导的一篇论文认为，我们可以利用这些微型光合机器生产我们生存所需的许多资源，从食物和氧气到金属和药物。以下是蓝藻可以帮助我们在火星上建立殖民地的所有方法。

提炼元素

在科幻小说中，我们看到在穿过地球的火星天空下的地里收割小麦，以及在气候受控的栖息地种植的一排排土豆。但实际上，在火星上种植任何植物都是一个挑战，因为火星土壤缺乏一些关键成分。

火星。图像信用:维基媒体

首先，火星没有多少氮。植物需要许多这样的物质，并且需要两种形式的氮中的一种:氨NH3或硝酸盐NO3。火星上的大部分氮以氮的形式被密封在大气中，但是据我们所知，它的土壤非常缺乏氮。(好奇号探测器在去年三月首次在火星上嗅到了微量的生物有用氮。)

这恰好是地球上的情况，但我们有一个解决办法:微生物。蓝细菌属于一组不同的固氮细菌。他们使用特殊的酶来捕获空气中的氮，并将其转化为氨。在地球上，固氮细菌共存于植物的根部，为它们的宿主提供营养以换取糖。Verseux和他的同事相信，我们也可以利用蓝细菌从火星大气中提取我们需要的所有氮肥。

除了氮，还有一份植物和人类保持健康所需的其他营养素的详细清单——磷、镁、钾、钙、锌、铁等。这些元素中的大部分可以在覆盖火星表面的玄武岩中找到，蓝藻可以帮助我们提取它们。有些酶能分泌和消化矿物质，并释放营养。事实上，可能正是这种新陈代谢能力帮助古代蓝藻在地球贫瘠的表面定居。

蓝细菌是一种被证实的营养矿工，但也许我们可以把它推得比它进化得更远。只要基因丢失了，我们就有可能改造蓝藻从岩石中提取各种有用的金属。我们已经在地球上的铜矿和金矿开采作业中使用了微生物，而小行星采矿公司深空工业公司正忙于设计能够咀嚼太空岩石并提取铂的细菌。星巴克

火星意大利工作热不会是一个鹤嘴锄的先锋，而是一个带有转基因细菌的科学家。

填饱我们的肚子

如果火星定居者从地球上带走所有的食物，他们会增加巨大的重量、火箭燃料和旅行费用。为了使火星殖民地可持续发展，我们需要在火星上生长的食物，但它不一定是植物。

细菌。图像积分:梭特斯托克

当然，今年国际空间站上的太空莴苣很受欢迎，但是在火星上，殖民者吃绿色微生物更可靠。火星只接收地球44%的阳光，所以我们需要农作物来尽可能多地节约能源。研究表明，蓝细菌比植物更好地收集太阳能，将更大比例的入射光子转化为热量。更重要的是，通过在一个环境可控的生物反应器中培养细菌，我们可以优化它们的生长，达到绿色植物根本不可能的程度。

如果午餐吃微生物听起来很奇怪，请记住蓝藻已经是你们星球上非常受欢迎的滋补品。你听说过螺旋藻吗？蓝绿色粉末是节旋藻属的一种蓝绿色藻类，在健康食品店和时尚的果汁吧很受欢迎。节旋藻蛋白质含量高，几乎是一种完全的营养来源，只缺少维生素C和一些精油。第三，通过一点转基因，我们也许能够改善节旋藻的营养成分和味道。南瓜香料螺旋藻棒可能是我们勇敢的火星殖民者所需要的家的感觉。

给我们一些空气

火星稀薄的大气层实际上是无氧的:0.13%的氧气，而地球的氧气含量是21%。显然，这并不理想。

火星上基于蓝藻的生物生命支持系统的艺术再现。法师信用:Verseux等人，2015

光合作用是一种神奇的生化途径，它将阳光转化为糖，同时也产生氧气作为副产品。你猜怎么着？通过比植物更有效地捕获和转换太阳能，蓝细菌最终会产生更多的氧气浪费。“蓝细菌是一种非常有效的制氧细菌，”威瑟克斯和他的同事写道。每公顷树木每年释放约2.5至11吨氧气，而在加利福尼亚东南部露天池塘中工业化养殖的节肢动物每年每公顷释放约16.8吨氧气研究人员指出，在针对温度、养分流速、细胞密度和光照进行优化的反应器系统中，氧气产量可以大大增加。

Verseux和他的同事设想收集O2，并将其导入我们的生命支持系统，同时清除我们呼出的CO2，并将其送回生物反应器。在火星上，生命将由流量阀驱动。

给我们的漫游者加油

即使你不想让细菌出现在早餐、午餐和晚餐中，你也可以把它们喂给你的漫游者。还记得蓝细菌用来把空气变成肥料的固氮酶吗？当周围没有足够的氮时，这些酶会混合并吸收氢，将其转化为氢，也称为火箭燃料。还不清楚蓝细菌是否能被诱导产生有用数量的氢，但这肯定是一个值得探索的问题。

好奇号漫游车。图像积分:美国宇航局

除了火箭燃料之外，蓝细菌还生产各种油，这些油可以被收集并提炼成生物燃料。事实上，基于藻类的生物燃料非常高效，以至于能源部认为藻类可以驱动任何目前使用柴油的机器。即使我们不想直接燃烧蓝细菌，我们也可以用它们作为酵母原料来生产另一种受欢迎的生物燃料——乙醇。无论如何，第一次去水手谷和奥林匹克山的探险似乎是由细菌推动的。

哦，火星上燃烧燃料最棒的部分？那里的冷鸡蛋很疼，没有必要担心温室气体排放。都烧了。

其他一切！

如果我们想长时间呆在火星上，我们的思维需要超越基本的生命支持。最后，人类定居者需要各种合成材料、用品和药品。微生物会是答案吗？快速浏览一下地球上的生物技术产业就可以发现它可能是。

我们已经将生产从化妆品到抗生素和抗癌药物等一切所需的所有基因植入大肠杆菌。同样，一些研究人员认为，我们可以利用蓝藻在火星上生产各种有用的产品，包括药物、生物塑料和建筑材料。Verseux和他的同事写道:“蓝藻从火星资源中生产有机物质的能力，加上我们在代谢工程方面日益增长的能力，可以考虑用于许多其他大规模的应用，从执行基本的生命支持功能到生产舒适的产品。一些研究人员承认，在这一领域仍有许多基础科学要做，但如果有一点是清楚的，我们的绿松石微生物朋友比作为奶昔补充剂有更大的潜力。

我们还是会带植物来的！

我知道你现在在想什么。藻类？吃到死？对于太空堡垒卡拉狄加的这些可怜的东西来说，这是不是太悲哀了？

电影《太阳灾难》中的太空花园。

是的，但是请记住，这些人也被嗜血的赛昂人驱赶着穿越银河系。更重要的是，从蓝藻中获得大部分营养和生命支持并不意味着我们必须拆掉这些植物。科学一再宣布种植绿色植物的心理益处。即使是因为这个原因，带植物去火星也是非常重要的。植物可能只为火星上的生命贡献一小部分热量，但如果它们能阻止我们勇敢的定居者发疯，那是值得的。

将第一个人送上火星将是一个重要的里程碑，但是维持他们的生存可能是我们所面临的最大的技术挑战之一。在地球上数十亿年的时间里，蓝细菌已经证明自己是资源提炼者、运土者，最重要的是幸存者。也许是时候给他们一个与其技能相称的挑战了。